Pam Mae 316 o Diwbiau Gwresogi Trydan Gwain Dur Di-staen mewn Datrysiadau Cannydd Sodiwm Clorit ar 60-80 gradd gyda 0.5-2 g/L Arddangosyn Clorin Deuocsid Gweithredol Pitting mewn Safleoedd Cynhwysiad Nitrid Titaniwm Tra'n Aros yn Goddefol mewn Hypochlorit Sodiwm ar Yr Un Crynodiad?

Mae sodiwm clorit (NaClO 2) yn cael ei ddefnyddio fwyfwy fel cyfrwng cannu mewn prosesu tecstilau a chynhyrchu mwydion a phapur ac fel rhagflaenydd ar gyfer synthesis clorin deuocsid wrth drin dŵr. Pan gaiff ei asideiddio neu ei actifadu, mae sodiwm clorit yn cynhyrchu clorin deuocsid (ClO₂), ocsidydd cryf sy'n cannu heb gynhyrchu gweddillion organig clorinedig. Defnyddir tiwbiau gwresogi trydan mewn baddonau cannydd sodiwm clorit i weithredu ar 60-80 gradd i wneud y gorau o'r cineteg cannu. 316 mae gwainiau dur di-staen yn methu trwy osod o fewn 300-600 awr mewn hydoddiannau sodiwm clorit actifedig sy'n cynnwys 0.5-2 g/L actif ClO 2, ond mae gwain unfath yn goroesi am 12-24 mis cannydd clorit (hypochlorit yr un fath) am 12-24 mis. crynodiad a thymheredd. Mae hwn yn batrwm dyrys mewn methiannau maes o felinau tecstilau a phapur. Nid yw'r mecanwaith methiant yn ocsidiad eang ond yn hytrach yn dyllu lleol iawn ar gynhwysiant TiN (Titanium Nitride) mewn dur gwrthstaen 316 nodweddiadol. Clorin deuocsid yw'r cyfrwng ocsideiddio cryfach na hypoclorit. Potensial gostyngiad y cwpl ClO₂/ClO₂⁻ yw +1.28 V yn erbyn Ag/AgCl, tra bod y cwpl OCl/Cl− yn +0.84 V. Mae potensial uchel ClO2 yn gorfodi'r ffilm oddefol i'r rhanbarth trawsoddefol yn safleoedd y cynhwysiant, lle mae'r gronynnau TiN yn gweithredu fel dadansoddiad cathodig, matrics cryf o amgylch y matrics cryf. Mae'r erthygl hon yn mesur y tueddiad tyllu o 316 mewn hydoddiannau sodiwm clorit gan gynnwys ClO2, yn disgrifio rôl cynhwysiant TiN, ac yn darparu awgrymiadau ar gyfer manyleb deunydd ar gyfer trin cannydd clorit.

Ymddygiad electrocemegol clorin deuocsid a hypoclorit ar 316 o ddur di-staen
Yn wahanol i hypoclorit, sy'n anion, mae clorin deuocsid yn foleciwl radical rhydd niwtral. Nid yw ClO₂ yn hydrolysu mewn dŵr ond mae'n bodoli fel nwy toddedig. Caiff ei leihau gan un-trosglwyddiad electron: ClO₂ + e^- → ClO₂^- (ïon clorit), ac yna ei leihau ymhellach i glorid. Y potensial gostyngiad nodweddiadol ar gyfer ClO 2 /ClO 2 − yw +1.28 V vs Ag/AgCl (ca. +1.47 V vs SHE) ar pH 7. Mae OCl⁻/Cl⁻ +0.84V yn erbyn Ag/AgCl ar pH 7 - tua 0.44V yn is ar gyfer hypochlorit. Mae potensial cynyddol ClO₂ yn gyrru arwyneb 316 o ddur di-staen i'r rhanbarth traws-oddefol (dros tua +0.6 V vs. Ag/AgCl) lle mae'r gorchudd cromiwm ocsid goddefol thermodynamig ansefydlog yn cael ei drawsnewid yn gromad hydawdd.

Ar y potensial traws-oddefol hyn, mae cyrydiad lleol yn dechrau ar ronynnau ail gam megis cynhwysiant TiN, sy'n hollbresennol mewn 316 o ddur di-staen cyfredol a weithgynhyrchir gan ddefnyddio titaniwm sy'n cynnwys meteleg lletwad. Mae'r gronynnau TiN yn ddargludol iawn (gwrthedd trydanol o tua 25 µΩ·cm, sy'n cyfateb i fetelau) ac yn arddangos potensial cyrydiad o 200-300 mV yn fwy na'r austenit amgylchynol mewn hydoddiannau ClO 2. Mae'r cwpl galfanig hwn yn arwain at ddadansoddiad anodig cyflym o'r matrics ger pob gronyn TiN, gan ffurfio pwll sy'n ehangu i mewn i "halo" nodweddiadol o amgylch y cynhwysiant.

Meintioli Cyfraddau Pitting mewn Atebion Sodiwm Clorit
Roedd yr arbrofion yn brofion trochi rheoledig ar 316 o samplau cwponau dur di-staen (hydoddiant-wyneb wedi'i anelio, wedi'i biclo) o ddwy ffynhonnell: masnachol rheolaidd 316 gyda dwysedd cynhwysiant TiN nodweddiadol a-toddiad cynhwysiant isel unigryw. Yr hydoddiant prawf oedd 20 g/L sodiwm clorit (NaClO2), wedi'i actifadu i 1.0 g/L actif ClO2 trwy osod y pH i 4.5 a'i gadw ar 70 gradd. Perfformiwyd arbrofion rheoli gyda sodiwm hypoclorit ar 1.0 g/L clorin gweithredol (fel NaOCl, pH 9.5) ar yr un tymheredd.

316 (standard, 15 TiN/mm2) NaClO2 (activated) 1.0 (as ClO2) 70 25 280 (perforation at 480 hrs) 45 316 (standard) NaOCl 1.0 (as OCl-) 70 180 65 8 316 (low TiN, 3/mm2) NaClO2 (activated) 1.0 (as ClO2) 70 120 85 6 316L (standard) NaClO2 (activated) 1.0 (as ClO2) 70 30 260 40 316 (standard) NaIO4 (periodate) 1.0 (as IO4-) 70 60 120 18 316 (standard) NaClO2 (unactivated, pH 10) 0 (no ClO2) 70 >500 <5 0 316 (standard) NaClO2 (activated) 0.5 (as ClO2) 70 110 60 12 316 (standard) NaClO2 (activated) 2.0 (as ClO2) 70 15 450 (perforation at 250 hrs) 65
Roedd y safon 316 gyda dwysedd cynhwysiant TiN arferol yn tyllu mewn 480 awr mewn 1.0 g/L ClO 2 a chymerodd y deunydd cynhwysiad isel tua 120 awr i gychwyn ac nid oedd yn tyllu ar 500 awr. Roedd y deunydd cynhwysiant isel yn dal i bylu ond gyda llai o byllau a phyllau bas. Ni chynhyrchodd clorit sodiwm anweithredol (pH 10, dim cynhyrchiad ClO2) fawr ddim pylu, os o gwbl, gan gadarnhau mai ClO2 yw'r rhywogaeth ymosodol.

Effaith Cynhwysiant TiN Maint a Dosbarthiad
Mae'r ymosodiad tyllu mewn datrysiadau ClO2 yn benodol iawn i gynhwysiant TiN. Datgelodd mapiau EDS o byllau a grëwyd mewn sodiwm clorit y gronynnau TiN oedd yn weddill yng ngwaelod y pwll wedi'u hamgylchynu gan halo o austenit toddedig. Roedd dyfnder y twll yn gysylltiedig â maint y cynhwysiant cychwynnol:

Maint Cynhwysiant Tun (µm) Dwysedd Cynhwysiant (fesul mm^2) Dyfnder y Pwll ar 200 awr (µm) Cyfradd Lluosogi'r Pwll (µm/awr ar ôl cychwyn)<1 10 45 0.22 1-2 8 85 0.42 2-5 4 160 0.80 5-10 1 310 (perforation) 1.55 >10 <0.1 450 (perforation at <300 hrs) 2.2 Larger TiN inclusions lead to faster pitting. This is the reason for huge variation in resistance to chlorite bleach between different temperatures of 316. The heats with less big inclusions do much better. Titanium nitride inclusions are formed during solidification when titanium added for stabilisation (in 316Ti) or present as a contaminant from titanium-containing debris combines with nitrogen dissolved in the melt. Standard 316 is not deliberately titanium stabilised but residual titanium from scrap (usually 0.01-0.05%) is enough to generate TiN particles.

Enghreifftiau o Fethiannau Maes o Felinau Tecstilau a Phapur
Dangosodd canlyniadau arolwg o 316 o wresogyddion gorchuddio dur di-staen mewn gweithrediadau cannu sodiwm clorit mewn 12 o weithfeydd fod cysylltiad da yn bodoli rhwng cynnwys TiN ac oes y gwresogydd:

ClO2 Egnïol (g/L) Tymheredd ( gradd ) 316 Ffynhonnell Graddfa Cynhwysiant TiN (fesul mm2) Oes Canolrif y Gwresogydd (oriau) Modd Methiant
Melin decstilau A NaClO2, pH 4.2, parhaus 0.8-1.2 75 Melin ddomestig A 18 280 Gosod cynhwysiant
Melin decstilau A NaClO2, pH 4.5, swp 0.5-1.0 70 Melin ddomestig A 25 210 Gosod cynhwysiant
Melin bapur C Dolen gynhyrchu ar gyfer ClO2 1.5-2.0 80 Mewnforio (Ewropeaidd) 6 850Pitio cymysg Peth trydylliad
Same as C, changed to 904L 1.5-2.0 80 N/A (904L) N/A >5000 Dim methiant Melin bapur D
Melin tecstilau E NaClO₂ gyda sefydlogwr EDTA 0.5 65 Melin ddomestig A 18 450 Pitting
Textile mill F Titanium sheath 0.8-1.2 75 Titanium Gr 2 N/A >8000 Dim methiant
Roedd melin bapur C. European a gyflenwir 316 gyda dwysedd cynhwysiant TiN is (6/mm2) yn para llawer hirach (850 awr yn erbyn 210316 280 awr ar gyfer deunydd domestig.Ond, 850 awr (35 diwrnod), mae'n dal i fod yn ffordd hir o'r bywyd 2-3 blynedd a ragwelir mewn gwasanaethau eraill ac felly'n dangos bod hyd yn oed gwasanaeth ymylol isel ei gynhwysiant ar gyfer Cl 316₂

Manyleb Deunydd Gwresogydd Bleach ar gyfer Clorit Sodiwm
Mae angen manyleb deunydd wrth ddefnyddio 316, oherwydd perthnasedd cynhwysiant TiN. Ar gyfer-gwasanaeth hirdymor dibynadwy mewn crynodiadau dros 0.5 g/L Clo₂, argymhellir deunyddiau eraill.

Sheath Material Pitting Resistance in 1.0 g/L ClO₂, 70°C (500 hr pit depth, µm) TiN Inclusion Sensitivity Relative Cost (versus 316)For ClO₂ >0.5 g/L Recommended 316 (standard, TiN >10/mm²) 280 (tylliad) Uchel 1.0 Na 316 (TiN isel, ail-doddi gwactod,<3/mm2) 85 Moderate 1.8 Marginal, short-term only 316L (similar TiN to 316) 260 High 1.1 No
317L (Mo uwch, TiN tebyg) 220 Uchel 1.4 Rhif 904L (UNS N08904) 45 Isel (toddi purdeb uwch) 2.5 Derbyniol ar gyfer<1.0 g/L
Aloi C-276 (UNS N10276)<10 Very low 8.0 Very good
Titaniwm Gradd 2<5 (no pitting) No 2.2 Excellent, preferred
Sirconiwm 702<2 Not applicable 12 Over specified
Titaniwm Gradd 2 yw'r deunydd lleiaf drud ar gyfer gwasanaeth cannydd sodiwm clorit. Nid yw titaniwm yn agored i ymosodiad gan ClO2 oherwydd bod y ffilm goddefol (TiO2) yn sefydlog i +1.8 V vs SCE, sy'n llawer uwch na'r potensial lleihau ClO2 o +1.4 V. Nid oes gan titaniwm gynhwysiant TiN a allai fod yn safleoedd cychwyn, ac ni welwyd unrhyw dyllu mewn gosodiadau maes ar dymheredd hyd at 80 gradd a 2 g./L./L.

Estynnodd melin decstilau a aeth o 316 i wain titaniwm Gradd 2 mewn baddon cannydd sodiwm clorit (1.0 g/L ClO2, 75 gradd) oes cyfartalog gwresogydd o 11 diwrnod i bron i 4 blynedd gyda'r gwain titaniwm gwreiddiol yn parhau i gael eu defnyddio ar adeg adrodd. Roedd y gost gychwynnol yn 2.2 × yn fwy, ond fe'i hadennillwyd o fewn 3 mis oherwydd lleihau aflonyddwch cynhyrchu.

Lliniaru 316 o Gwresogyddion Presennol yn y Gwasanaeth Clorit
Wrth gynllunio uwchraddio deunydd, os oes rhaid defnyddio 316 o wain yn y systemau presennol, gall tri datrysiad interim gynyddu'r oes. Yn gyntaf, gweithredwch ar y crynodiad dichonadwy isaf o ClO₂ sy'n gydnaws ag effeithiolrwydd cannu. Dangosodd profion fod gostyngiad yn Clo22 o 1.0 g/L i 0.5 g/L wedi arwain at amser cychwyn pwll hirach o 25 awr i 110 awr - gwelliant o 4.4 ×. Yn ail, cadwch y pH ar 4.5-5.0. Cynhyrchiad cynyddol ClO 2 ar pH < 4.0 . Llai o effeithiolrwydd cannu ar pH > 6.0 . Yn drydydd, ychwanegwch gyffur chelating fel EDTA (10–50 ppm) i sefydlogi'r clorit a gostwng crynodiad ClO 2 rhad ac am ddim. Ond dim ond mesurau tymor byr yw'r rhain.

Sodiwm Clorit Gwresogyddion Bleach Manyleb Iaith
Ar gyfer tiwbiau gwresogi trydan a ddefnyddir ar gyfer hydoddiannau cannu sodiwm clorit sy'n debygol o gynnwys crynodiadau ClO₂ gweithredol uwchlaw 0.3 g/L ar dymheredd uwch na 50 gradd, dylai peirianwyr nodi deunydd gwain titaniwm Gradd 2 (UNS R50400) fel y gofyniad lleiaf ar gyfer gwasanaeth dibynadwy. Os nodir 316 o ddur di-staen oherwydd cyfyngiadau cost, rhaid i'r fanyleb brynu gynnwys: uchafswm cyfradd cynhwysiant TiN o 3 cynhwysiad fesul mm ^{2} fel y'i pennir gan ddadansoddiad delwedd fesul ASTM E1245 (lleiafswm o 20 maes ar chwyddo 500 ×); dan wactod-arc wedi'i ail-doddi (VAR) neu ddeunydd wedi'i ail-doddi â electroslag (ESR) i sicrhau rheolaeth ar gynhwysiant; a cwpon prawf cyrydiad o wres penodol y deunydd a brofwyd yn yr hydoddiant cannydd gwirioneddol am 200 awr gydag uchafswm dyfnder pwll heb fod yn fwy na 25 µm. Cynnwys gofyniad am gyd-gloi Clo 2 isel-ar gyfer yr holl wasanaeth ClO 2 sy'n dad-yn rhoi egni i'r gwresogydd os yw'r crynodiad Clo 2 gweithredol yn fwy na'r uchafswm a nodir. Maent yn nodi clorin deuocsid fel y rhywogaeth ymosodol a chynhwysion TiN fel y safleoedd cychwyn hanfodol. Felly, gall peirianwyr ddewis deunyddiau priodol, yn ddelfrydol titaniwm, ar gyfer gweithrediad dibynadwy gwresogyddion mewn sefyllfaoedd cannydd sodiwm clorit lle mae 316 yn methu yn y pen draw.